Cerâmica de alumina de alta pureza: os principais materiais cerâmicos em quatro campos principais
Alta purezacerâmica de aluminasão importantes materiais cerâmicos que utilizam alumina ultrafina de alta pureza como principal matéria-prima e α-Al₂O₃ como principal fase cristalina. Devido às suas excelentes propriedades, como alta resistência mecânica, alta dureza, alta resistência à temperatura e resistência à corrosão,cerâmica de aluminatêm sido amplamente utilizados em áreas como máquinas, eletrônica, circuitos integrados e medicina.
①Componentes de precisão para equipamentos semicondutores
Entende-se que um grande número de componentes cerâmicos de precisão são utilizados em equipamentos semicondutores, e esses componentes cerâmicos podem representar mais de 10% do custo de equipamentos semicondutores. Entre eles, a cerâmica de alumina é um material cerâmico relativamente comumente utilizado para componentes de precisão.
Atualmente, revestimentos de Al₂O₃ de alta pureza ou cerâmicas de Al₂O₃ são usados principalmente como materiais de proteção para câmaras de corrosão e seus componentes internos. Além das câmaras, cerâmicas de alumina de alta pureza também são necessárias para componentes de equipamentos de plasma, como bicos de gás, placas de distribuição de gás e anéis de retenção que fixam wafers. Por exemplo, no processo de polimento de wafers, as cerâmicas de alumina podem ser amplamente aplicadas em placas de polimento, plataformas de condicionamento de almofadas de polimento, mandris de vácuo e outros componentes.
2No campo mecânico
Alta purezacerâmica de aluminapossuem excelentes propriedades mecânicas. Cerâmicas de alumina com uma resistência à flexão de aproximadamente 250 MPa podem ser preparadas através do método de sinterização sob pressão atmosférica, enquanto cerâmicas de alumina de alta pureza produzidas pelo método de sinterização por prensagem a quente podem atingir uma resistência à flexão de até 500 MPa e uma dureza de até 9 GPa (dureza de Mohs). Aproveitando essas características das cerâmicas de alumina de alta pureza, elas podem ser usadas como rebolos, pinos cerâmicos e outros componentes. Entre essas aplicações, ferramentas de corte de cerâmica de alumina de alta pureza e esferas cerâmicas de alumina de alta pureza são as mais amplamente utilizadas. No entanto, devido à tenacidade à fratura e à resistência ao choque térmico relativamente baixas das cerâmicas de alumina de alta pureza, geralmente é necessário introduzir uma segunda fase (como ZrO₂) na alumina para melhorar a tenacidade e a resistência ao choque térmico do material cerâmico de alumina de alta pureza. Além disso, ao refinar o tamanho dos grãos para produzir cerâmicas de alumina de alta pureza com grãos pequenos e uniformemente distribuídos, a resistência e a tenacidade do material também podem ser significativamente melhoradas até certo ponto.
3Nos campos eletrônico e elétrico
Alta purezacerâmica de aluminaApresentam baixa perda dielétrica em alta frequência e excelentes propriedades isolantes, tornando-os adequados para a fabricação de dispositivos isolantes, substratos cerâmicos e cerâmicas de alumina transparentes. Entre essas aplicações, os substratos cerâmicos são relativamente amplamente utilizados e têm encontrado aplicação cada vez mais ampla em diversos campos, como instrumentos ópticos especiais, equipamentos de iluminação e equipamentos para satélites espaciais.
Em termos de substratos cerâmicos, os substratos cerâmicos de alumina são os materiais de substrato mais amplamente utilizados na indústria de informação eletrônica moderna e servem como material fundamental para chips de circuitos integrados. Por exemplo, no campo da iluminação LED, o coeficiente de expansão térmica (CTE) dos substratos convencionais varia de 14 a 17×10⁻⁶/K. Quando há uma diferença excessiva de temperatura ou uma mudança repentina de temperatura, as PCBs (placas de circuito impresso) expandem-se mais drasticamente do que os encapsulamentos dos chips, levando à falha da junta de solda. Diante desse desafio, o CTE dos substratos cerâmicos de alumina é muito mais próximo do dos chips, o que pode prevenir efetivamente tais problemas.
④Na área médica
Materiais biomédicos podem reparar funções do corpo humano sem causar efeitos adversos, e as organizações de saúde têm requisitos extremamente rigorosos para materiais biomédicos. Esses materiais não só precisam ser biocompatíveis, mas também precisam possuir propriedades como não toxicidade, respeito ao meio ambiente e durabilidade. Devido à sua excelente biocompatibilidade, propriedades mecânicas e estabilidade química, as cerâmicas de alumina de alta pureza não desencadeiam reações de rejeição quando implantadas no corpo humano. Portanto, podem ser amplamente utilizadas na fabricação de ossos artificiais, parafusos, articulações artificiais e outros dispositivos médicos, e têm sido reconhecidas na prática clínica e na pesquisa científica.